JPH0781811B2 - Method for detecting wall thickness change of hollow body conducting electricity - Google Patents
Method for detecting wall thickness change of hollow body conducting electricityInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は電気の導体である材料から作られた中空体の壁
における厚さの変化を検出するための方法に関するもの
である。The present invention relates to a method for detecting a thickness change in the wall of a hollow body made of a material which is an electrical conductor.
管状体の腐食を検出する問題は腐食が外部表面に現われ
る埋設された管状体の場合だけではなく腐食性の物質が
流れて内部表面に腐食が発生するような管状体の場合も
ある。この1つ或は他の場合においても、管状体の状態
についての視覚的検査を簡単に実行することは不可能で
ある。The problem of detecting corrosion of a tubular body is not only the case of a buried tubular body where corrosion appears on the outer surface, but also the tubular body where a corrosive substance flows to cause corrosion on the inner surface. In this one or the other case, it is not possible to simply carry out a visual inspection of the condition of the tubular body.
このことは何故に管状体の壁の腐食の状態を示す特性信
号の取得を可能とする磁気的或は電気的なパラメータに
もとづく異った方法が提案されて来たかの理由である。This is why different methods have been proposed based on magnetic or electrical parameters which make it possible to obtain a characteristic signal indicative of the state of corrosion of the wall of the tubular body.
米国特許第4048558号にはその深さが電流の周波数に存
在している“表皮効果”(“1'effet de peau")を使用
して管状体の壁の欠点の存在を検出することが既に提案
されて来ている。US Pat. No. 4,048,558 already uses the "skin effect"("1'effet de peau"), whose depth lies at the frequency of the current, to detect the presence of defects in the wall of the tubular body. It has been proposed.
この方法は管状体の表面に異る周波数の電流を供給する
ことそして周波数に依存したこの管状体のインピーダン
スの変化を測定することから構成されている。This method consists of supplying different frequencies of current to the surface of the tubular body and measuring the frequency-dependent change in the impedance of this tubular body.
この等の各々の測定は測定されるべき管状体のその部分
と等しい温度に維持された同じ管状体の他の部分か、或
は基準管状体のいづれかと比較される。この処理の方法
は比抵抗や管状体の金属とその温度に起因する透磁率ρ
及びμのパラメーターを取り除くことが可能となりそれ
によって比較処理中に現われる変化は必然的に二つの比
較されている管状体の部分の壁の構造上の差によるもの
となろう。Each such measurement is compared to either that portion of the tubular body to be measured, another portion of the same tubular body maintained at the same temperature, or either of the reference tubular bodies. This treatment method is based on the specific resistance, the metal of the tubular body and the magnetic permeability ρ due to its temperature.
It is possible to eliminate the .mu. And .mu. Parameters so that the changes appearing during the comparison process will necessarily be due to structural differences in the walls of the two compared tubular parts.
この処理方法はサンプルと基準の管状体において同一の
ρとμの値を持つことを必要としている。このことは埋
設された管状体の場合においては不可能であり、誰も埋
設された状態にあるものと同じ条件を基準の管状体上に
再生することは出来ないということは判っている。従っ
て、この場合には、知られていない可能性ある欠点ばか
りでなくパラメーターρとμも不可能である。This processing method requires that the sample and reference tubular bodies have identical ρ and μ values. It has been found that this is not possible in the case of a buried tubular body, and no one can reproduce the same conditions on the reference tubular body as in the buried state. Therefore, in this case the parameters ρ and μ are not possible, as well as possibly unknown drawbacks.
ヨーロッパ特許(EP)第0,175,257号もまた表皮効果を
用いることにより中空状導電体における欠点を検出する
ことを提案している。European Patent (EP) 0,175,257 also proposes to detect defects in hollow conductors by using the skin effect.
この方法によれば、中空状導電体は与えられた方向に決
められた周波数の交流が供給され、与えられた方向を持
った磁束を発生させ、電圧降下が中空状の導電体に接触
している2つの測定線により与えられている距離だけ互
に離れておかれている2個の測定点を通して取り上げら
れ、第1の導電ループが測定線と出来るだけ小さな有用
な誘導表面を有する中空導電体とから形成され、第2の
導電ループは電流の方向と平行で又磁束の方向と直角に
形成され、該第2のループを用いて測定点に出来るだけ
近くの磁束の変化により生ずる誘導電圧の測定が行わ
れ、電圧降下と誘導電圧は電圧降下を測定するため電子
評価回路に供給されそして電圧降下と誘導電圧から測定
点間の中空導電体の部分的抵抗を推定する。According to this method, the hollow conductor is supplied with an alternating current having a predetermined frequency in a given direction, generates a magnetic flux having a given direction, and a voltage drop contacts the hollow conductor. A hollow conductor which is picked up through two measuring points which are separated from each other by a distance given by the two measuring lines, the first conducting loop having a useful guiding surface as small as the measuring line. And a second conductive loop is formed parallel to the direction of the current and perpendicular to the direction of the magnetic flux, with the second loop of the induced voltage caused by the change in the magnetic flux as close as possible to the measuring point. A measurement is made, the voltage drop and the induced voltage are supplied to an electronic evaluation circuit for measuring the voltage drop and the partial resistance of the hollow conductor between the measuring points is estimated from the voltage drop and the induced voltage.
この方法は数メートルの長さの管状体部分に関する欠点
を測定するためには適合しないのであり、そしてその理
由から導電体の外部表面を聴診(auscultation)すると
いうような手段が必要とされるので、管状導電体のその
長さ全体に亘ってアクセスする必要がある。そしてそれ
は非常に短い部分についての測定のみが可能であり該聴
診装置は中空管状導電体に沿って移動せしめられること
を要求される。This method is not suitable for measuring defects on tubular body parts of lengths of several meters, and for that reason means such as auscultation of the outer surface of the conductor are required. , Access over the entire length of the tubular conductor. And it is only possible to measure on very short sections and the auscultation device is required to be moved along a hollow tubular conductor.
埋設された管状体においては、管状体を被覆している土
の影響のため電気的な測定は難しく又不正確なものであ
る。このことは何故、測定し、測定した結果を記録する
ために装置全体が管状体(以下単にパイプと云う)の中
に挿入され、移動されパイプを流体の流れによるか或は
独立した推進手段によるかのいづれかにより引張られる
ことを意図している移動支持体に搭載することが提案さ
れて来ているかということの理由となっている。この技
術は超音波エコーグラフィー(chographie)のような
測定方法を使用するものである。In a buried tubular body, electrical measurements are difficult and inaccurate due to the effect of soil covering the tubular body. This is because the whole device is inserted into a tubular body (hereinafter simply referred to as a pipe) for measuring and recording the measured results, and the pipe is moved by a fluid flow or by an independent propulsion means. It is the reason why it has been proposed to mount it on a moving support intended to be pulled by either one. This technique uses a measurement method such as ultrasonic echography.
フーコー電流(courants de Foucault)及び磁界の分析
は複雑であり、そして欠点の捜査はこの移動支持体の変
位パラメーターについての正確な知識を必要とする。The analysis of courants de Foucault and magnetic field is complicated, and the search for defects requires precise knowledge of the displacement parameters of this moving support.
本発明はパイプの壁における厚さの変化を検出するため
の方法を提案するものであって、その方法は、埋設され
ているパイプの場合には、記録要素が累進的にパイプ内
を前進するにつれて、厚さに依存した測定されたパラメ
ーターの変化(volution)を追跡しうるような方法に
よって、信号がパイプの外表面に伝達されることを可能
にするものであって、それにより、欠点の正確な検出と
その大きさについての知識をうることを可能とする。The present invention proposes a method for detecting a thickness change in the wall of a pipe, which in the case of an embedded pipe, the recording element progressively advances in the pipe. Accordingly, it enables signals to be transmitted to the outer surface of the pipe in such a way as to be able to track the evolution of the measured parameters depending on the thickness, which results in disadvantages. It is possible to obtain accurate detection and knowledge about its size.
然しながら、この方法においては、もし欠点が存在して
いる正確な場所のみを知りたい場合には、移動ピックア
ップ要素を持つことだけが必要であり、又単なる欠点の
存在及びその大きさは固定された要素によりピックアッ
プされうる。However, in this method it is only necessary to have a moving pick-up element if one only wants to know the exact location where the defect is present, and the existence of a mere defect and its size is fixed. Can be picked up by an element.
この目的のために、本発明は請求の範囲1に従った方法
を有するものである。To this end, the invention comprises a method according to claim 1.
本発明の本質的な利益はその感度、及び測定された信号
がパイプが存在している環境と独立したものであると云
う事実に存在している。The essential benefit of the present invention lies in its sensitivity and the fact that the measured signal is independent of the environment in which the pipe is present.
2つの電極によって測定されたパイプ壁の横方向インピ
ーダンス(1'impdance transversale)についての特
性電圧である信号は導電体によって、電極の前進と信号
の変化との間に直接的な相関関係を作ることを可能とす
るような方法でパイプの外部に伝達される。The signal, which is the characteristic voltage for the 1'impdance transversale of the pipe wall measured by the two electrodes, is caused by the conductor to make a direct correlation between the advance of the electrode and the change of the signal. Is transmitted to the outside of the pipe in such a way as to allow
添付の図面は本発明の主題である方法を実行するための
異るモードについてダイアグラム的で又実施例の形とし
て説明しているものである。The accompanying drawings illustrate, by way of example and in the form of diagrams, different modes for carrying out the method which is the subject of the present invention.
第1図は管状体(tube)の長手方向の部分をダイアグラ
ム的に示した図であり、図中には本発明の方法における
特性パラメーターが記入されている。FIG. 1 is a diagram schematically showing a longitudinal portion of a tubular body, in which characteristic parameters in the method of the present invention are entered.
第2図と第3図は第1図のダイアグラムに関係したダイ
アグラムである。2 and 3 are diagrams related to the diagram of FIG.
第4図はピックアップされた信号の位相ダイアグラム
(diagramme de phase)である。FIG. 4 is a phase diagram (diagramme de phase) of the picked up signal.
第5図はこの信号の処理に関するダイアグラムを表わし
ている図である。FIG. 5 shows a diagram relating to the processing of this signal.
第6図は測定装置のブロックダイアグラムである。FIG. 6 is a block diagram of the measuring device.
第7図及び第8図は本発明の方法の作動モードに関係す
るダイアグラムである。7 and 8 are diagrams relating to the operating modes of the method of the invention.
第9図は本発明に係る方法の他の異る適用を示す斜視図
である。FIG. 9 is a perspective view showing another different application of the method according to the invention.
本発明の方法は電気の導電体であるあらゆる材料に、そ
の材料を流れる電流の周波数に依存して現われる“表皮
効果”(“1'effect de peau)の利用に基づくものであ
る。The method of the invention is based on the use of the "1'effect de peau" which appears in any material that is an electrical conductor, depending on the frequency of the current flowing through the material.
以下の説明において、第1図に示される管状体Tは通常
その外表面に補助の電流Iの供給を受けるということが
考慮される。In the following description, it is considered that the tubular body T shown in FIG. 1 is usually supplied with an auxiliary current I on its outer surface.
もし第1図から第3図までを第1に考慮するならば、電
流密度jと電界Eの双方は電流の周波数に依存して、同
じ方法で変化することが判るであろう。If one considers FIGS. 1 to 3 first, it will be seen that both the current density j and the electric field E change in the same way, depending on the frequency of the current.
実際に、パイプの壁における深さXに依存した電流密度
jに関する一般式は、以下のようになる j=joe−K/a ここで“a"は表皮効果の深さに対応するもので次のよう
に表わされる a=ζ/πμF(ζは比抵抗、μは透磁率及びFは周波
数である) joはパイプの外表面における電流密度である。かかる
電流密度は主にx>aとしてパイプTの外部表面から内
部表面に向けて急速に減少する。In fact, the general formula for the current density j depending on the depth X in the wall of the pipe is as follows: j = j o e −K / a where “a” corresponds to the depth of the skin effect Is expressed as follows: a = ζ / πμF (ζ is the specific resistance, μ is the permeability and F is the frequency) j o is the current density on the outer surface of the pipe. Such current density decreases rapidly from the outer surface to the inner surface of the pipe T mainly as x> a.
この変化は以下の表に示されておりその表ではe−K/a
の値はxi=0,a,2a,4a等の如きものについて示されてい
る。This change is shown in the table below, where e −K / a
Values are shown for x i = 0, a, 2a, 4a etc.
xi eKi/a e−K(i+1)/a/e−Ki/a 0 1.0 a 0.368 0.368 2a 0.135 0.368 4a 0.018 0.135 8a 3.35.10-7 0.0183 16a 1.125.10-17 3.35.10-4 対応する電界に関しては、次に与えられる式によって同
様に変化する E=jzs zs:表面インピーダンス=ωζμ (ω:付勢電流の脈動(pulsation du caurant d'excit
ation)=2πF) 上述した表のグラフ的表示を形成している第2図のダイ
アグラムに示されているように、壁の厚さが減少してい
る部分QBにおけるパイプTの内部表面における適当に
選択された周波数で測定された電界E1と厚さが正常な
部分QAにおける電界との間の比率は壁の厚さに依存し
て強く変化する。 x i Ki / a e −K (i + 1) / a / e −Ki / a 0 1.0 a 0.368 0.368 2a 0.135 0.368 4a 0.018 0.135 8a 3.35.10 -7 0.0183 16a 1.125.10 -17 3.35.10 -4 The electric field to be changed similarly changes according to the following equation: E = jz s z s : surface impedance = ωζμ (ω: pulsation du caurant d'excit
ation) = 2πF) Suitable at the inner surface of the pipe T at the portion Q B where the wall thickness is reduced, as shown in the diagram of FIG. 2 forming the graphical representation of the table above. The ratio between the electric field E 1 measured at the selected frequency and the electric field in the normal thickness part Q A varies strongly depending on the wall thickness.
このことは、本発明がパイプの壁が薄くなっている欠点
の存在を示すために利用することを提案している現象で
ある。This is a phenomenon that the present invention proposes to utilize to show the existence of a thinning of the pipe wall.
パイプの内部表面で測定された信号でその表面の電界と
対応する信号は、本質的に比抵抗成分と誘導寄生電圧
(des tensions parasites induites)に部分的に依存
している誘導性成分の結果である。The signal measured on the inner surface of the pipe and the corresponding electric field on that surface is a result of the inductive component, which is essentially partly dependent on the resistivity component and the induced tensions parasites induites. is there.
このように比抵抗成分のみが表皮効果についての良好な
測定となる。かかる事実によって、この方法を操作する
ために意図されている測定装置は、電流と同相でない信
号の部分を拒絶するような方法で設計されなければなら
ないということが必要である。Thus, only the resistivity component is a good measure of the skin effect. Due to such facts, it is necessary that the measuring device intended for operating this method must be designed in such a way that it rejects the part of the signal that is not in phase with the current.
この結果は位相相関増幅器(un amplificateur corr
lation de phase)或は周波数と位相応答分析器(un
analyseur rponse en frquence et en phase)
のいづれかによって得られる。実施例の形式によって、
位相相関増幅器を使用する装置について以下に説明す
る。第4図及び第5図を参照しながら以下の方法によっ
て作動する同期復調器(dmondlateur synchrone)と
して使用される増幅器を機能させるモードを説明する。The result is a phase correlation amplifier (unamplificateur corr
relation de phase) or frequency and phase response analyzer (un
analyseur rponse en frquence et en phase)
Obtained by either Depending on the format of the embodiment,
An apparatus using the phase correlation amplifier will be described below. With reference to FIGS. 4 and 5, the mode of operating an amplifier used as a dmondlateur synchrone operating according to the following method will be explained.
全ての信号S(第4図)は2つのベクトル、即ち1つは
基準と同相であるSOと他はこの基準に対し直角に形成
されたS90とのベクトル和として考えられてもよい。All signals S (FIG. 4) may be thought of as the vector sum of two vectors, S O , one in phase with the reference and the other, S 90 , formed at right angles to this reference.
もし復調器が基準信号RSと同相に相互関連付けられて
いるならば、出力に現われる修正信号SRは第5図のダ
イアグラム上で判るようにS0と同相のみのベクトル関
数であろう、そこでは、修正信号SRを得るために、測
定信号Sをそれを通して修正するウィンドを鋼製する矩
形信号Fの形成を可能にする基準信号RSを引き続いて
みることが出来る。If the demodulator is correlated in phase with the reference signal R S , the modified signal S R appearing at the output will be a vector function only in phase with S 0 , as can be seen on the diagram of FIG. 5, where Can subsequently be followed by a reference signal R S which allows the formation of a rectangular signal F made of steel to modify the measurement signal S to obtain a correction signal S R.
第6図のブロックダイアグラムは実施例の形式におい
て、位相相関増幅器1タイプPAR128A、周波数発生機(u
n gnrateur de frquence)2タイプWavetek 13
4、周波数カウンター3タイプHP5300A、パワー増幅機4
タイプBruel and Kjaer 2706、変圧比35と最大2次電流
20Aを示すトロイダル変圧器(un trans form atseur to
rodal)5最大電流10Aで10mΩの分流器6、電圧計7
タイプSolartron7040、低出力増幅器8タイプLevell TA
605及びスイッチボックス9を含んでいる装置に関する
ものである。The block diagram of FIG. 6 shows the phase correlation amplifier 1 type PAR128A, frequency generator (u
n gnrateur de frquence) 2 types Wavetek 13
4, frequency counter 3 type HP5300A, power amplifier 4
Type Bruel and Kjaer 2706, transformer ratio 35 and maximum secondary current
20A toroidal transformer (un trans form atseur to
rodal) 5 Maximum current 10A, 10mΩ shunt 6, Voltmeter 7
Type Solartron 7040, low power amplifier 8 type Levell TA
The present invention relates to a device including the switch box 605 and the switch box 9.
周波数は最大電流10Aで3から1000HZの間で変化しても
よい。The frequency may vary between 3 and 1000 HZ with a maximum current of 10 A.
この装置の機能は電流を発電機2から増幅器4を経て変
圧器5に供給するものでありそれによってパイプTに供
給することを目的とした電流を発生させ、そして分流器
6の端子における電圧を測定するものである。供給され
た電流の特性を表わすこの電圧は第1に十分な振幅をう
るために増幅器8によって10倍に増幅され次で、位相相
関増幅器1の基準入力に伝達される。The function of this device is to supply the current from the generator 2 via the amplifier 4 to the transformer 5, thereby producing a current intended to be supplied to the pipe T, and to reduce the voltage at the terminals of the shunt 6. It is something to measure. This voltage, which is characteristic of the current supplied, is first amplified 10 times by the amplifier 8 in order to obtain a sufficient amplitude and is then transmitted to the reference input of the phase correlation amplifier 1.
該増幅器8の出力は中間のスイッチボックス9を通して
位相相関増幅器1の測定入力と接続されている。この最
後の接続モードは位相制御のみならず電流増幅の測定と
制御を可能とすることが出来る。The output of the amplifier 8 is connected to the measurement input of the phase correlation amplifier 1 through an intermediate switch box 9. This last connection mode can allow not only phase control but also current amplification measurement and control.
パイプ上の信号の比抵抗成分は次で位相相関増幅器1の
差動入力AとBにおける測定点に接続することによっ
て、そしてその信号の同相成分のみを測定することによ
って測定される。The resistivity component of the signal on the pipe is then measured by connecting to the measurement points at the differential inputs A and B of the phase correlation amplifier 1 and by measuring only the in-phase component of that signal.
かかる接続は内部電界(le champ interne)のみが測定
されるような方法で構成されなければならないしこのこ
とは、管状体から出るために外部磁束に感受性をもたな
い同軸ケーブルを使用することが必要であるということ
を意味している。Such a connection must be constructed in such a way that only the internal electric field (le champ interne) is measured, which makes it possible to use a coaxial cable which is insensitive to external magnetic flux to exit the tubular body. It means that it is necessary.
基準信号が供給された後においてパイプT上でピックア
ップされた信号そのものの測定は3つの異る方法により
実行される。The measurement of the signal itself picked up on the pipe T after the reference signal has been supplied is carried out in three different ways.
1つの測定点がパイプTの内部表面上に固定されても良
く、そして他の点はこの同じ表面の長手方向に変位して
置かれてもよい。この変位は可動部分の各移動ごとに供
給する電流の周波数を変えながら数回繰り返されても良
い。One measuring point may be fixed on the inner surface of the pipe T and the other point may be displaced longitudinally on this same surface. This displacement may be repeated several times while changing the frequency of the current supplied for each movement of the movable part.
厚さが減少している部分QBが作られており又パイプT
の他部分は一定の厚さQAを示している。パイプ部分T
の場合においては、互いに離れている2つの点の距離L
に依存した電圧Vのダイアグラムは第7図に示されてい
る。パイプの検査のためには欠点は100HZの領域におい
て特に明白になってくることが判る。この測定は欠点の
大きさと長手方向の位置を1回でかつ同時に決定するこ
とを可能としている。The part Q B of reduced thickness is made and the pipe T
The other part shows a constant thickness Q A. Pipe part T
In the case of, the distance L between two points that are separated from each other
A diagram of the voltage V depending on is shown in FIG. It can be seen that for inspection of pipes the drawbacks become particularly apparent in the 100 HZ range. This measurement makes it possible to determine the size and the longitudinal position of the defect once and simultaneously.
この測定処理の操作についての他の方法によれば、パイ
プTの内部表面に関する信号を測定するための2つの点
は互に固定された距離で維持されており、共にこの内部
表面に沿って移動せしめられる。According to another method of operation of this measuring process, the two points for measuring the signal relating to the inner surface of the pipe T are kept at a fixed distance from each other and both move along this inner surface. Be punished.
この移動は基準信号を又構成している供給電流の周波数
を変えながらパイプの1つの及び同じ部分について繰返
されても良い。欠点の存在は第8図のダイアグラムにお
いて周波数に依存して変化するピークの形において直ち
に明らかになる。このピークは例えば100HZと200HZの間
で最大のものとなる。前に述べた場合のように、ピーク
値はパイプに沿った欠点の大きさと位置についての特性
値である。This movement may be repeated for one and the same part of the pipe, varying the frequency of the supply current which also constitutes the reference signal. The existence of defects is immediately apparent in the form of peaks which change in a frequency-dependent manner in the diagram of FIG. This peak is a maximum between 100HZ and 200HZ, for example. As in the previous case, the peak value is a characteristic value for the size and location of defects along the pipe.
これ等の解決方法における不便さは管状体の内部におい
て少くとも1つの信号のピックアップ点を変位させる必
要があることから生じている。このことは埋設されてい
るパイプの場合、移動可能なピックアップ点或は複数の
ピックアップ点を測定時に明らかにパイプ内に挿入され
実質的に引張られなければならない移送部材上に置くこ
とが必要である。The inconvenience in these solutions arises from the need to displace at least one signal pick-up point inside the tubular body. In the case of a buried pipe, this requires that the movable pick-up point or pick-up points be placed on a transfer member which obviously has to be inserted and substantially pulled into the pipe during the measurement. .
中空状管内における変位を意図しているかかる部材は既
に存在しているが、然しその解決を本発明が頼りとして
いる表皮効果の原理に基づかせているが、信号の測定を
固定された点の助けで可能としていることは又興味ある
ものであろう。これ等の状況において、パイプの内部表
面上で与えられた距離により分離された2つの測定点を
固定することが可能であり、又これ等を、外部の磁束を
ピックアップしないような手段で同軸時モードで配列さ
れた2つの導電体の組合体によって測定装置が接続され
た外部装置と接続することが可能である。Such members intended for displacement in a hollow tube already exist, but the solution is based on the principle of the skin effect on which the present invention relies, but the measurement of the signal is fixed. What you can do with help may also be interesting. In these situations it is possible to fix two measuring points separated by a given distance on the inner surface of the pipe, and when they are coaxial by means such that they do not pick up the external magnetic flux. By means of a combination of two conductors arranged in a mode, it is possible to connect the measuring device to an external device to which it is connected.
これ等2つの点の間における内部表面に存在する電界は
次で周波数に依存して測定される。The electric field present on the inner surface between these two points is then measured in a frequency-dependent manner.
信号をピックアップするためのこの変形態様において、
掃引周波数(du balayagede frquennce)に依存して
いる記録された曲線はパイプの厚さにおける欠点の検出
を、該曲線をコンピューターの協力により追跡し、そし
て未知のパラメーター即ち比抵抗ζと透磁率μのような
非幾何学的パラメーターに変化を生じせしめることによ
って得られた一連の曲線と比較することによって、可能
とする。In this variant for picking up the signal,
The recorded curve, which is dependent on the sweep frequency (du balayagede frquennce), tracks the detection of defects in the thickness of the pipe, with the aid of a computer, which traces the unknown parameters, namely the resistivity ζ and the permeability μ. This is made possible by comparison with a series of curves obtained by making changes in such non-geometric parameters.
もし腐蝕の深さを独断的に固定したとしても腐蝕された
部分の長さは未知であり、そしてこのように又変化を生
じることが必要な1つのパラメーターを構成するであろ
う。Even if the depth of corrosion is arbitrarily fixed, the length of the corroded part is unknown and thus will again constitute one parameter that needs to be changed.
測定された曲線により計算されたこれ等の曲線の比較は
欠点の存在を確めることを可能とするであろうし又一定
の限界内においてそれ等の大きさを推測することを可能
とするであろう。一方、2つの測定点間にある1つ又は
複数の欠点はこの場合には決定しえない。A comparison of these curves calculated by the measured curves will make it possible to ascertain the existence of defects and, within certain limits, to infer their magnitude. Ah On the other hand, the defect or defects between the two measuring points cannot be determined in this case.
かかる不利益は、かかる信号のピックアップ方法は明ら
かに操作のモードにおける単純化を構成する、パイプ内
部におけく電極の可動性を必要としないという事実によ
って補償されている。Such disadvantages are compensated by the fact that such signal pick-up methods do not require the mobility of the electrodes inside the pipe, which obviously constitutes a simplification in the mode of operation.
新しい装置の場合には、パイプは信号をピックアップす
るための例えばケーブルシステムによって測定部に接続
されている内部電極を設けてもよい。In the case of the new device, the pipe may be provided with internal electrodes for picking up the signal, which are connected to the measuring part, for example by a cable system.
例えば都市のガス配管に関する現存する設備において、
住居に接続している異なる分岐接続部によりパイプライ
ンの内部にアクセスしうることが可能である。For example, in existing equipment for gas pipes in cities,
It is possible to have access to the interior of the pipeline by different branch connections connecting to the dwelling.
これ等の同じ分岐接続部は上述したピックアップモード
に従ってパイプの内部に移動可能な電極を挿入するため
に使用されていることが出来る。These same branch connections can be used to insert movable electrodes inside the pipe according to the pickup mode described above.
上述したように、上記の説明は管状体の内部における測
定が実行される場合を処理するものである。もし、管状
体の外表面についての測定を実行することが望まれるな
らば、管状体の内部において付勢が行われなければなら
ずそれによって、内部表面上に表皮効果そのものが現わ
れてくる。As mentioned above, the above description deals with the case where a measurement inside the tubular body is performed. If it is desired to carry out a measurement on the outer surface of the tubular body, a bias must be applied inside the tubular body, whereby the skin effect itself appears on the inner surface.
然しながら、2つの固定点間の周波数に基づく電界の測
定の場合、又上述したように、得られた曲線をコンピュ
ーターの協力の下に追跡され又未知の非幾何学的パラメ
ーターを変化させることによって得られた一連の曲線と
比較する場合に、パイプの同じ側の測定を実行すること
により、それによって電流の供給を実行している方法と
同じ方法を使用することが可能となる。However, in the case of frequency-based electric field measurements between two fixed points, and as described above, the curves obtained were tracked with the help of a computer and obtained by varying unknown non-geometric parameters. Performing a measurement on the same side of the pipe when comparing it to a series of curves generated thereby makes it possible to use the same method by which the current supply is performed.
次で測定された信号は事実、パイプを通じて送られる電
流の周波数に依存した電界の変化の信号となるであろ
う。The signal measured next will in fact be a signal of the change in electric field depending on the frequency of the current sent through the pipe.
従って、埋設されているパイプに関する測定はこれ等の
パイプの壁の外表面に単に接触させることによって可能
となる。以下にかかる比較操作を用いた異なる処理方法
について少し詳しく説明する。腐蝕の結果であるこれ等
のパラメーターについての変化を除いてパイプについて
の全てのパラメーターは知られているものと仮定する。
一方、誰れも温度とか管状体が作られている材料につい
ての電気的特性や環境の影響については知られていない
が故に電気的なパラメーターは未知である。Therefore, measurements on buried pipes are possible by simply contacting the outer surfaces of the walls of these pipes. The different processing methods using such comparison operations will be described in some detail below. All parameters for the pipe are assumed to be known, except for changes in these parameters that are the result of corrosion.
On the other hand, the electrical parameters are unknown because no one is aware of the temperature or the electrical properties of the material from which the tubular body is made and the effects of the environment.
使用される数学的モデルは、パイプのインピーダンスを
(1)直流或は非常に低い周波数(<1HZ)で、(2)
表皮効果が全体的となる、即ち表皮効果自身がパイプの
壁の厚さの範囲で完全に現われるような高周波数で、及
び(3)パイプ壁の厚さを越して表皮効果が発生する中
間周波数で、計算するための適切な3つの式に基づいて
いる。これ等の3つの式は上記の順番で以下に示され
る。The mathematical model used is the impedance of the pipe (1) at DC or very low frequencies (<1HZ), (2)
At a high frequency where the skin effect is global, ie the skin effect itself appears completely in the range of the wall thickness of the pipe, and (3) the intermediate frequency at which the skin effect occurs over the thickness of the pipe wall. , Based on three appropriate formulas for calculating. These three equations are shown below in the above order.
ここでLoは対象のパイプの長さを表わし、 Saは外側半径rと内側半径qを有する断面積を表わし、
ζは比抵抗を表わしている。 Where Lo represents the length of the pipe of interest, Sa represents the cross-sectional area with outer radius r and inner radius q,
ζ represents the specific resistance.
ここでζは比抵抗であり、μは透磁率であり又Fは周波
数である。 Where ζ is the specific resistance, μ is the permeability and F is the frequency.
第3の式はH.B.Durightの「絶縁されたチューブにおけ
る表皮効果についての正確な計算方法」より導出された
単位長さZ当りのインピーダンスを与える。The third equation gives the impedance per unit length Z derived from HBDuright's "Exact Calculation Method for Skin Effects in Insulated Tubes".
でかつ ここでRDCは直流に対するパイプの抵抗である。jは虚
数 である。 And Where R DC is the resistance of the pipe to DC. j is an imaginary number Is.
従来の表皮効果における深さdは によるmに関係している。 The depth d in the conventional skin effect is Is related to m.
fは周波数、 μは導電体の透磁率、 ζは導電体の比抵抗、 rはパイプの外周半径、 qはパイプの内周半径、 berとbeiは第1のタイプのケルビン関数(la fonction
de kelvin)の真数部分と虚数部分をそれぞれ表わして
おり、kerとkeiは第2のタイプのケルビン関数の真数部
分と虚数部分をそれぞれ表わしており、4個の全ての値
は零の位数である。f is the frequency, μ is the magnetic permeability of the conductor, ζ is the resistivity of the conductor, r is the outer radius of the pipe, q is the inner radius of the pipe, and ber and bei are the Kelvin functions of the first type (la fonction).
de kelvin) and ker and kei respectively represent the true and imaginary parts of the second type of Kelvin function, and all four values are zero Is a number.
bar′,bei′及びkei′は対応するケルビン関数について
の導関数である。bar ', bei' and kei 'are derivatives for the corresponding Kelvin functions.
従ってLo,r及びqは既知の幾何学的パラメーターであ
り、腐蝕された区域におけるパイプの外周半径に加えて
ζとμは未知のパラメーターである。Thus Lo, r and q are known geometrical parameters, ζ and μ are unknown parameters in addition to the outer radius of the pipe in the corroded area.
異った供給電流周波数に基づいて測定された長手方向の
インピーダンスとかかる数学的モデルとの間の相互関係
を形成し分析するために多くの異なる処理方法が求めら
れるかも知れない。Many different processing methods may be required to create and analyze the correlation between the measured longitudinal impedance based on different supply current frequencies and such mathematical models.
実施例の形により、この問題を解決する可能性のある3
つの異なる処理方法について言及する。第1の実施例に
おいて、検査対象のパイプ部分は腐蝕が全くなく、モデ
ルの完全な適用を包含している。Depending on the form of the embodiment, this problem may be solved. 3
We mention three different processing methods. In the first embodiment, the pipe section under test is completely free of corrosion, including a complete application of the model.
式(1)は次で、腐蝕されていないパイプに対応するζ
の値を計算することを可能としている。Equation (1) is the ζ corresponding to the uncorroded pipe
It is possible to calculate the value of.
次に、Z′/RDC>1となるための各々の周波数fiについ
て磁気透磁率μiの値を計算するため式(3)を用い
る。Next, the equation (3) is used to calculate the value of the magnetic permeability μi for each frequency fi so that Z ′ / R DC > 1.
もしこのζからスタートしてかように計算された連続的
なμiの値が一定であるか或はパイプを製造するために
使用された金属の透磁率に対応する法則に従うものであ
れば、このパイプは腐蝕されていないとする頭初の推測
は確認されたものと判る。これと反対の場合、パイプは
2つの測定点の間で腐蝕されていると結論されうる。本
発明に係る中空管状体の壁厚変化検出方法の上記した一
具体例の構成を要約すると以下の通りとなる 即ち、
(a)電流による表皮効果が実質的に異なる予め定めら
れた少なくとも2種類の周波数領域にある付勢電流を使
用して管状体のインピーダンスを計算する為の数式モデ
ルを準備する工程、 (b) 該管状体の壁部の一つの表面に基準交流電流を
供給する工程、 (c) 該予め定められた周波数領域に従って該基準交
流電流の周波数を変化される工程、 (d) 管状体の一つの表面上で、且つ長手方向に沿っ
て互いに離れて配置された2つの電極間に於いて、該基
準交流電流の個々の周波数に於ける電界効果に付いての
特性電圧を示す信号を測定し、且つ該測定された信号の
一部で且つ該基準交流電流と同相でない信号部分を除外
する工程、 (e) 当該壁部の厚みの変化を任意に推定する工程、 (f) 未知のパラメータを特定する為に、該第1の周
波数領域内にある一の周波数に応答して測定された一つ
の測定信号と該厚み変化に関する推測値とを用いて該数
式モデルの第1の式を解く工程、 (g) 他の未知のパラメータを特定する為に、該第2
の周波数領域内にある一の周波数に応答して測定された
他の測定信号と前記工程で得られたパラメータとを用い
て該数式モデルの第2の式を解く工程、 (h) 該厚みに関する上記の値が正しいか否かを決定
する為に該他のパラメータの変化をチェックする工程、
及び (i) もし、該厚みに関する上記の値が正しくない場
合には、厚み変化に関する他の値が選択された後に上記
の工程(e)〜(h)が繰り返され、そして当該得られ
た厚み変化値が正しいと証明される迄この工程が繰り返
される工程、 とから構成された事を特徴とする電気導電体材料で作ら
れた管状体の壁の厚さ変化を検出する方法である。If the value of the continuous μi calculated starting from this ζ is constant, or if it follows the law corresponding to the permeability of the metal used to manufacture the pipe, then Initial guesses that the pipe was not corroded proved to be confirmed. In the opposite case, it can be concluded that the pipe is corroded between the two measuring points. The following is a summary of the configuration of one specific example of the method for detecting a change in wall thickness of a hollow tubular body according to the present invention:
(A) preparing a mathematical model for calculating the impedance of the tubular body using biasing currents in at least two kinds of predetermined frequency regions in which the skin effect by the current is substantially different, (b) Supplying a reference alternating current to one surface of the wall of the tubular body, (c) changing the frequency of the reference alternating current according to the predetermined frequency range, (d) one of the tubular bodies Measuring, between two electrodes arranged on the surface and along the longitudinal direction, spaced apart from each other, a signal indicative of the characteristic voltage associated with the field effect at each frequency of the reference alternating current, And a step of excluding a signal part which is a part of the measured signal and which is not in phase with the reference AC current, (e) a step of arbitrarily estimating a change in the thickness of the wall portion, (f) an unknown parameter is specified In order to do the first Solving a first equation of the mathematical model using a measured signal measured in response to a frequency in the frequency domain of Eq. And an estimate for the thickness change, (g) another unknown In order to specify the parameters, the second
Solving the second equation of the mathematical model using the other measurement signal measured in response to one frequency in the frequency domain and the parameter obtained in the step, (h) relating to the thickness Checking changes in the other parameters to determine if the above values are correct,
And (i) if the above values for the thickness are not correct, the other steps for thickness variation are selected and then steps (e)-(h) above are repeated and the obtained thickness is This process is repeated until the change value is proved to be correct, and is a method for detecting a change in wall thickness of a tubular body made of an electric conductor material.
第2の実施例に従えば、パイプは例えば欠点がそのパイ
プの外部表面上にリング状の形で拡がっていて、その幅
は未知であるような限定された幾何学的な腐蝕区域を含
んでいるものと仮定され又、その腐蝕はその壁の厚さの
半分に対して影響を与えているということを推定して考
えられている。According to a second embodiment, the pipe comprises a limited geometrical corroded area, for example where the defects extend in the form of a ring on the outer surface of the pipe, the width of which is unknown. Is assumed to exist and it is presumed that the corrosion affects half the wall thickness.
この新しい状況に対して数学的モデルに適用される。こ
のケースでは相互の関係とその判断は2つの変形を含ん
でおり1つは簡略化された変形で正確性が低く又他は高
い正確性を持つ変形でより複雑化されているものであ
る。Applied to the mathematical model for this new situation. In this case, the mutual relationship and its judgment include two variants, one is a simplified variant with low accuracy and the other is more complex with more accurate variants.
第1の変形においては、ζ・μの積を決定するために全
体的な表皮効果に関係するRACの値は腐蝕欠点の存在と
は実際的には独立していくということを示している式
(2)が使用される。In the first variant, it is shown that the value of R AC , which is related to the overall skin effect to determine the product of ζ · μ, is practically independent of the presence of corrosion defects. Equation (2) is used.
式(3)の補助によって、掃引ループの補助と共に、表
皮効果が環状の分布をもった仮定的な腐蝕(50%)に留
っている厚さに対応する壁の厚さに限定されるように選
択された限定的な周波数において測定されたインピーダ
ンス値に対応するμ(?)の値を捜す。With the aid of equation (3), along with the aid of the sweep loop, the skin effect is limited to the wall thickness corresponding to the thickness remaining in the hypothetical corrosion (50%) with an annular distribution. To find the value of μ (?) Corresponding to the impedance value measured at the selected limited frequency.
前述したものを含んでもよい第2の掃引ループの補助の
下に又仮定的幾何学上の欠点に依存するように適合され
ている式(3)の補助の下に腐蝕された区域と思われる
処の幅が決定される。そしてその幅はその幅に対して、
測定された長手方向のインピーダンスの値が再び見出さ
れるものに対応したものである。It appears to be a corroded area with the aid of a second sweep loop, which may include those mentioned above, and with the aid of equation (3), which is adapted to rely on hypothetical geometrical imperfections. The width of the area is determined. And its width is
This corresponds to what the measured longitudinal impedance value is to be found again.
この方法の欠点は、相対的に高周波数におけるζ・μの
積についての欠点は既に周波数によって影響を受けてい
るかも知れないμの値を考慮しなければならないという
事実から生じている。μについてのループのために1つ
の単一周波数を使用することは単に利用可能な情報の一
部を使用することになる。最後に、調査を腐蝕欠点につ
いてのあるタイプに一方的に基礎をおくという事実はパ
イプの腐蝕が他のタイプのものであるかも知れないとい
う事実を考慮していない。A drawback of this method arises from the fact that the drawbacks for the ζ · μ product at relatively high frequencies have to take into account the value of μ which may already be influenced by the frequency. Using one single frequency for the loop on μ simply uses some of the available information. Finally, the fact that the investigation is unilaterally based on one type of corrosion defects does not take into account the fact that pipe corrosion may be of another type.
この相互関係についてのモードの変形によれば、腐蝕発
生についての多くの異なるタイプに対応した一連の数学
的モデルを使用する。更に、この相互関係は一方では周
波数に依存するμの変化の影響を減少せしめるような方
法で高周波数に対応する測定の結果を考慮することを避
けながら表皮効果の影響が現われた時から周波数に依存
するインピーダンス変化を考慮しなければならない。The modal variation on this correlation uses a series of mathematical models for many different types of corrosion initiation. Furthermore, this correlation is, on the one hand, the frequency from the time when the effect of the skin effect appears, avoiding considering the results of measurements corresponding to high frequencies in such a way as to reduce the effect of changes in frequency-dependent μ. The dependent impedance changes must be taken into account.
第9図により示されている変形態様は引張りテストサン
プル10に関する割れ目の伝播の検出について本発明によ
る処理の応用を示している。The variant illustrated by FIG. 9 illustrates the application of the process according to the invention for the detection of crack propagation for tensile test sample 10.
引張り作用のために割れ目が生じているテストサンプル
の区域10aは該テストサンプル10の両側に折り重ねられ
ていて、該テストサンプル10と中空のケース11との間に
電気的接続が形成されるように作用する銅の組物12のよ
うな変形可能な挿入物を介して中空状の金属ケース11内
に1体化せしめられており、該ケースはテストサンプル
に加えられる引張り力には関係せしめられていない。Areas 10a of the test sample that are split due to pulling action are folded over on either side of the test sample 10 so that an electrical connection is formed between the test sample 10 and the hollow case 11. Integrated into a hollow metal case 11 via a deformable insert such as a copper braid 12 acting on the case, which case is related to the tensile force applied to the test sample. Not not.
本発明の方法が実行される場合、テストサンプル10をも
ったケース11は内部或は外部表面の1つを介して電流が
供給され、他の表面上の電界が測定される。この電界は
テストサンプル上にクラックが現われ進行する、横方向
のインピーダンスに依存することが示されていることか
ら測定された電界はより高い周波数に関しては、周波数
限界が高ければ割れ目も深いという周波数限界まで増加
する。When the method of the invention is carried out, case 11 with test sample 10 is supplied with current via one of the internal or external surfaces and the electric field on the other surface is measured. This electric field has been shown to depend on the lateral impedance as cracks develop and propagate on the test sample, so the measured electric field is higher at higher frequencies and the deeper the cracks are. To increase.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コルンマン ミシェル スイス国,ツェーハー―1212 グラン―ラ ンシ,シェマン デ パレット,31 (72)発明者 ゴール ディエテル フランス国,エフ―38500 ボワロン,ア ベニュ エデュアル エリオ,5 (56)参考文献 特開 昭61−80039(JP,A) 米国特許4048558(US,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kornmann Michel Zehher, Switzerland 1212 Gran-Ransi, Shemande Palette, 31 (72) Inventor Gordietel France, F-38500 Boiron, Avenue Eduard Erio, 5 (56) Reference JP-A-61-80039 (JP, A) US Patent 4048558 (US, A)
Claims (4)
供給する工程、 該壁の他の表面上に於いて、互に長手方向に隔てられて
いる2つの電極の間の電界についての特性電圧の変化を
示す信号を測定する工程、 該測定された信号の一部で且つ該基準交流電流と同相で
ない信号部分を除外する工程、 電極間の距離、該管状体に沿って配置された2つの電極
の長手方向の位置及び付勢電流の周波数のうちから選択
された少くとも1つのパラメータを変更する工程、 とから構成された事を特徴とする電気導電体材料で作ら
れた管状体の壁の厚さ変化を検出する方法。1. A step of supplying a reference alternating current to one surface of a wall of a tubular body, the electric field between two electrodes longitudinally separated from each other on the other surface of the wall. Measuring a signal indicating a change in characteristic voltage of the signal, excluding a signal part that is a part of the measured signal and is not in phase with the reference alternating current, the distance between the electrodes, and the electrode is arranged along the tubular body. And a step of changing at least one parameter selected from the longitudinal position of the two electrodes and the frequency of the energizing current. A method for detecting changes in body wall thickness.
ある事を特徴とする請求項1記載の管状体の壁の厚さ変
化を検出する方法。2. The method for detecting a change in wall thickness of a tubular body according to claim 1, wherein the frequency of the reference alternating current is 200 Hz or less.
なる予め定められた少なくとも2種類の周波数領域にあ
る付勢電流を使用して管状体のインピーダンスを計算す
る為の数式モデルを準備する工程、 (b) 該管状体の壁部の一つの表面に基準交流電流を
供給する工程、 (c) 該予め定められた周波数領域に従って該基準交
流電流の周波数を変化される工程、 (d) 管状体の一つの表面上で、且つ長手方向に沿っ
て互いに離れて配置された2つの電極間に於いて、該基
準交流電流の個々の周波数に於ける電界効果に付いての
特性電圧を示す信号を測定し、且つ該測定された信号の
一部で且つ該基準交流電流と同相でない信号部分を除外
する工程、 (e) 当該壁部の厚みの変化を任意に推定する工程、 (f) 未知のパラメータを特定する為に、該第1の周
波数領域内にある一の周波数に応答して測定された一つ
の測定信号と該厚み変化に関する推測値とを用いて該数
式モデルの第1の式を解く工程、 (g) 他の未知のパラメータを特定する為に、該第2
の周波数領域内にある一の周波数に応答して測定された
他の測定信号と前記工程で得られたパラメータとを用い
て該数式モデルの第2の式を解く工程、 (h) 該厚みに関する上記の値が正しいか否かを決定
する為に該他のパラメータの変化をチェックする工程、
及び (i) もし、該厚みに関する上記の値が正しくない場
合には、厚み変化に関する他の値が選択された後に上記
の工程(e)〜(h)が繰り返され、そして当該得られ
た厚み変化値が正しいと証明される迄この工程が繰り返
される工程、 とから構成された事を特徴とする電気導電体材料で作ら
れた管状体の壁の厚さ変化を検出する方法。3. (a) Prepare a mathematical model for calculating the impedance of the tubular body by using the biasing currents in at least two kinds of predetermined frequency regions in which the skin effect by the current is substantially different. (B) supplying a reference alternating current to one surface of the wall of the tubular body, (c) changing the frequency of the reference alternating current according to the predetermined frequency region, (d) Characteristic voltage for field effect at an individual frequency of the reference alternating current, on one surface of the tubular body and between two electrodes spaced apart from each other along the longitudinal direction. Measuring a signal and excluding a signal portion that is a part of the measured signal and is not in phase with the reference AC current; (e) arbitrarily estimating a change in the thickness of the wall portion; (f) Identify unknown parameters For solving the first equation of the mathematical model using one measurement signal measured in response to one frequency in the first frequency region and the estimated value regarding the thickness change, g) In order to identify other unknown parameters, the second
Solving the second equation of the mathematical model using the other measurement signal measured in response to one frequency in the frequency domain and the parameter obtained in the step, (h) relating to the thickness Checking changes in the other parameters to determine if the above values are correct,
And (i) if the above value for the thickness is not correct, then another value for the thickness change is selected and then steps (e)-(h) above are repeated, and the obtained thickness is A method for detecting a thickness change of a wall of a tubular body made of an electric conductor material, characterized in that this step is repeated until the change value is proved to be correct.
され、該壁の他の表面上で互に長手方向に隔てられてい
る2つの電極の間の電界についての特性電圧の変化を、
付勢電流の周波数を変更することにより測定し、そし
て、それによって得られた曲線を、推定される厚さの変
化に対して比抵抗と透磁率更に又厚さが変化している部
分の長さを変化させて計算することにより得られた一連
の曲線と比較することにより特徴付けられる電気導電体
材料で作られた管状体の壁の厚さ変化を検出する方法。4. A characteristic voltage change with respect to the electric field between two electrodes which are supplied with an alternating current on one surface of the wall of the tubular body and are longitudinally separated from each other on the other surface of the wall. To
It is measured by changing the frequency of the energizing current, and the resulting curve is used to estimate the length of the portion where the resistivity and permeability as well as the thickness change with respect to the estimated change in thickness. A method for detecting wall thickness variation of a tubular body made of an electrically conductive material characterized by comparison with a series of curves obtained by varying and calculating the height.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH4710/86-0 | 1986-11-25 | ||
| CH4710/86A CH670504A5 (en) | 1986-11-25 | 1986-11-25 | |
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|---|---|---|---|
| JP62506717A Expired - Lifetime JPH0781811B2 (en) | 1986-11-25 | 1987-11-18 | Method for detecting wall thickness change of hollow body conducting electricity |
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